福建顺昌三连甫地区早泥盆世花岗岩的发现及形成构造环境

陈 强

(福建省闽北地质大队，邵武，354000)

福建省加里东期岩浆侵入活动较为强烈，尤其酸性岩类发育广泛，主要分布于政和—大埔断裂带及以西地区。近年来，通过1∶5万大历口、安丰桥、顺昌县3幅区域地质调查工作，对政和-大埔断裂带以西的吴坍、三连甫等地原划分为志留纪、晚侏罗世花岗岩体进行了详细调研，在充分解体侵入体的基础上，采集各种测试样品送相关实验室进行分析整理，同时应用LA-ICP-MS技术开展锆石U-Pb同位素测年工作，获得了(395±2.5)Ma、(401.3±4.7)Ma等高精度岩浆锆石年龄，在顺昌地区首次发现了早泥盆世侵入岩。并通过地球化学和Sr-Nd同位素研究，进一步探讨早泥盆世侵入体的岩浆来源及其形成的构造环境。

1 区域地质概况

研究区地处欧亚大陆东南缘的华南大陆东部的东南沿海中生代岩浆带，位于华夏地块北武夷隆起区之浦城—顺昌基底隆起，区域性北东向政和—大埔断裂带穿过研究区的东部，南平—宁化构造带从研究区西南侧经过[1]。

该区地质构造复杂，自古元古代以来，经历了多期次的构造-岩浆活动，致使区内产生了强烈的变质变形，脆、韧性变形构造发育。区内出露的地层主要有古元古代-早古生代的的变质岩系、中生代陆相碎屑岩系与火山碎屑岩系。岩浆活动频繁，自加里东期、华力西-印支期及燕山中-晚期均发育有侵入岩，其中，以此次工作中新发现的早泥盆世花岗岩体的侵入活动较为强烈，分布较为广泛(图1)。

图1 顺昌三连甫地区地质简图Fig.1 Geological map of the SanlianFu area in Shunchang County1—早白垩世下渡组；2—早侏罗世梨山组；3—中二叠世栖霞组；4—新元古代晚期西溪组；5—新元古代早-中期龙北溪(岩)组；6—早白垩世花岗岩;7—早泥盆世似斑状中粒花岗岩；8—早泥盆世白云母化少斑中细粒花岗岩；9—早泥盆世含斑细粒花岗岩；10—早泥盆世细粒花岗岩/花岗伟晶岩；11—志留纪二长花岗岩；12—伟晶岩脉/闪长玢岩脉；13—脉动接触关系/涌动接触关系；14—地质界线/不整合界线；15—脆性断层/韧性断层；16—年龄样取样位置

区内早泥盆世侵入体主要见有三连甫、吴坍等岩体。岩浆侵入规模较大，呈岩基状产出，花岗伟晶岩呈岩株状产出，分布面积约57.92 km2。早泥盆世侵入体的岩石类型较单一，仅见花岗岩，岩石普遍具一定程度的白云母化，局部发育片麻理，副矿物常见电气石。该期侵入岩与构造关系密切，总体呈北东向展布，围岩主要为新元古代龙北溪(岩)组、西溪组的变质岩系，吴坍岩体东南侧侵入于志留纪二长花岗岩，在延平区百丈济地区(西南侧)被早白垩世正长花岗岩侵入。

2 岩石学特征

研究区早泥盆世花岗岩体按岩石结构可分为主期白云母化含斑细粒含电气石花岗岩、白云母化少斑中细粒含电气石花岗岩、白云母化似斑状中粒含电气石花岗岩，末期白云母化细粒含电气石花岗岩及晚期花岗伟晶岩5个岩石单位。侵入体间多呈涌动接触，末期侵入体呈脉动侵入于主期的侵入体花岗岩中；白云母化花岗伟晶岩侵入时间最迟，其与上述侵入体内接触带的细粒冷凝边及外接触带的烘烤边现象均有表明，花岗伟晶岩是主期-末期花岗岩完全冷却固结后再侵入的，与其他侵入体呈脉动接触。

主期的白云母化含电气石花岗岩呈灰白色，由似斑晶与基质组成。从外到内，具有含斑细粒→少斑中细粒→似斑状中粒花岗结构的岩石结构变化，岩石中似斑晶含量分别为2%～5%、5%～10%、10%～15%，粒径分别为3.2～4 mm、5～7 mm、6～12 mm，向内部相含量增多、粒径变粗；基质粒度分别为0.1～1.6 mm、2～4 mm，3～5 mm，也向内部相增粗。钾长石呈半自形宽板状，发育卡斯双晶，具一级灰白干涉色；斜长石呈自形至半自形板状，发育聚片双晶；石英呈他形粒状，透明无色，弱波状消光；白云母呈片状；电气石呈长柱状，蓝紫色多色性。长英质基质常被白云母交代。矿物成分及含量分别为钾长石45%～52%、斜长石15%～20%、石英25%～30%、白云母1%～4 %、电气石2%～5%。电气石在各结构相中均可见及(照片1)。

照片1 吴坍片麻状白云母化含斑细粒含电气石花岗岩宏观(左)和镜下含电气石中粒花岗岩(右)Photo.1 Macroscopical Wutan gneissic muscovite-bearing speckle fine-grain tourmaline granite (left) and microscopic tourmaline-bearing medium-grain granite (right)

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

三连甫花岗岩体采集岩石地球化学样品3件、吴坍花岗岩体1件。根据样品中的主量元素、化学参数及标准矿物分析结果(表1)，其中主量元素SiO2含量为73.06%～76.00%，含量比较稳定；Al2O3含量为13.10%～14.92%，平均值为14.03%；CaO含量为0.31%～0.68%，平均值为0.48%；TiO2含量为0.04%～0.21%，平均值为0.13%； Na2O含量为2.70%～4.75%，平均值为3.53；K2O含量为3.94%～5.41%，平均值为4.93%；(Na2O+K2O)含量为7.93%～8.71%，平均值为8.46%；K2O / Na2O比值为0.83～1.94，其中1件样品比值超过1，平均比值为0.75；(Na2O+K2O)/MgO比值为23.58～51.24；总体显示富硅、富碱，贫钙、镁、铁特征。

表1 早泥盆世侵入岩主量元素、化学参数及CIPW标准矿物成分 (×10-2)

Table 1 Main element, parameter and CIPW standard mineral composition of Early Devonian intrusive rocks

序号样品号岩石名称SiO2Al2O3MgOCaONa2OK2OTiO2P2O5MnO1PM201-6-1白云母化含斑细粒花岗岩73.9014.200.270.682.705.230.150.180.022PM201-34-1白云母化含斑细粒花岗岩73.0614.920.190.364.753.940.040.310.163PM202-9-1白云母化少斑中细粒花岗岩73.4213.900.360.583.085.410.210.090.024PM201-24-1白云母化少斑中细粒花岗岩76.0013.100.170.313.575.140.100.020.02序号FeOFe2O3LOI总和标 准 矿 物QAnAbOrcHyIlMtAp10.750.541.0999.7136.972.2523.1931.353.321.420.280.790.4220.400.930.6099.6729.91040.5823.512.871.480.080.90.7330.770.860.8999.5933.412.3326.4132.42.161.570.41.110.2140.420.450.4899.7934.771.430.4330.621.160.780.20.60.05序号岩 石 化 学 参 数στSIFLMFARDIR1R2A/CNKNK/AOXK2O/Na2O12.0376.672.8592.1082.692.1491.5125833001.250.710.451.9422.50254.251.8796.0287.503.6494.0018564971.170.810.430.8332.3651.523.4493.6181.912.4892.2223274401.160.790.431.7642.3095.301.7096.5683.653.2895.8229574401.090.870.421.44

岩浆岩TAS图解(图2)，投影于花岗岩区域，且位于Irvine分界线下方，指示其主要为亚碱性岩。里特曼指数(σ)为2.03～2.50，为钙碱性岩。岩石碱度率(AR)为2.14～3.64；根据尼格里—巴尔特的阳离子标准矿物计算并投图Ol'-Ne'-Q'图解(图3)，样品投影于亚碱性系列；在K2O-SiO2图解中(图4)，样品投影于高钾钙碱性系列；A/NKC为1.09～1.25，Al2O3>(K2O+Na2O+CaO)，CIPW标准矿物中刚玉分子含量(c)为1.16%～3.32%。在A/NK-A/CNK判别图解(图5)投影于过铝质花岗岩，表明其为铝过饱和的花岗岩，具S型花岗岩特征 ；岩石分异指数(DI)为91.51～95.82，大于90，说明岩浆分异结晶程度高；长英指数(FL)为92.10～96.56，镁铁指数(MF)为81.91～87.50，同样说明岩浆分异结晶程度较高。综合上述，早泥盆世花岗岩属于亚碱性系列，高钾钙碱性过铝质花岗岩，具S型花岗岩特征。

图2 早泥盆世侵入岩TAS分类图解Fig.2 TAS classification diagram of Early Devonian intrusive rocks

图3 早泥盆世侵入岩Ol＇-Ne＇-Q＇图解(据T N Irvine等,1971)Fig.3 Ol＇-Ne＇-Q＇ diagram of Early Devonian intrusive rocksA—碱性系列；S—亚碱性系列

图4 早泥盆世侵入岩K2O-SiO2图解(实线据 Peccerillo R., Taylor S R.，1976.；虚线据 Middlemost E A K.，1985)Fig.4 K2O-SiO2 diagram of Early Devonian intrusive rocks

图5 早泥盆世侵入岩A/NK-A/CNK判别图解Fig.5 A/NK-A/CNK identification diagram of Early Devonian intrusive rocks

3.2 微量元素特征

早泥盆世三连甫花岗岩体、吴坍花岗岩体微量元素含量(表2)与酸性岩维氏值对比，铁族元素含量相对较低，均低于酸性岩维氏值；钨族元素Sn、Bi含量高于维氏值，W、Mo含量低于维氏值；亲铜元素Pb、Zn、Ag含量与维氏值相当，其余元素含量明显低于维氏值；稀有稀土元素Hf、U较为富集高于维氏值，其他稀有元素含量与酸性岩石维氏值大致相当；分散元素Sr、Ba低于维氏值。总体显示亲石元素富集，亲铁、亲铜元素亏损。在原始地幔蛛网图(图6)上表现为大离子亲元素(LILE)Rb、U、K富集，Th选择性弱富集，高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti亏损(TNT型亏损)，样品相似蛛网图暗示了同源岩浆演化的结果。

表2 早泥盆世侵入岩微量元素含量及特征值(×10-6，Au×10-9)

特征元素比值Rb/Sr较大，为1.82～14.53，符合壳源岩浆的范围(Rb/Sr大于0.5)[2]；Th/U比值为0.17～6.52，平均值为2.93。Rb/Nb比值为12.55～18.00，Rb/Y比值为15.56～40.5，Nb/Y比值为0.74～2.25，明显高于上地壳4.5，3.25，0.57的均值[3]，说明花岗岩为地壳成因。相容元素Cr、Ni含量相对偏低，Cr含量为2.10×10-6～6.80×10-6；Ni值为0.75×10-6～3.13×10-6，低于地壳中Ni、Cr 的平均值 (花岗岩Ni为25×10-6，酸性岩Cr为8×10-6)[4]。

3.3 稀土元素特征

早泥盆世花岗岩稀土元素分析结果(表3)显示，稀土总量(∑REE)为24.21×10-6～189.33×10-6，平均值94.51×10-6，低于世界酸性岩稀土元素平均总量(292×10-6)，低于上部陆壳的平均总量(210.07×10-6)；LREE为22.33×10-6～180.68×10-6，平均值为87.46×10-6；HREE为1.88×10-6～9.65×10-6，平均值7.04×10-6，含量较低；LREE/HREE比值为5.74～20.89，反应轻、重稀土分馏程度强烈，且轻稀土富集；(La/Yb)N为5.42～45.48，(Ce/Yb)N为3.86～33.17，反映出轻稀土相对重稀土富集；(La/Sm)N为3.04～5.28、(Sm/Eu)N为2.17～3.14，表明轻稀土分馏程度较强；(Gd/Yb)N为0.93～4.41，仅1个样品值小于1，反映HREE部分亦有一定程度上的分馏。稀土配分模式图中(图7)，整体上表现为左高右低，缓向右倾曲线，轻稀土部分陡倾，重稀土部分较为平缓，与上地壳稀土元素配分模式接近，δEu为0.38～0.65，平均值为0.51，具Eu负异常。

值得注意的是PM201-34-1样品的稀土曲线，表现出与其他样品不同的特征，稀土元素的含量总体偏低，且具有明显的铈正异常(δCe为2.37)，其原因还有待进一步查明。

表3 早泥盆世侵入岩稀土元素含量及特征值表(×10-6)

图6 早泥盆世侵入岩微量元素蛛网图Fig.6 Trace element spider diagram of Early Devonian intrusive rocks

图7 早泥盆世侵入岩稀土配分模式图Fig.7 Rare-earth distribution pattern diagram of Early Devonian intrusive rocks

3.4 Sr-Nd同位素地球化学

此次工作在早泥盆世白云母化花岗岩中开展了Sr、Nd同位素测试工作,可知早泥盆世白云母化花岗岩Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)为0.708 53，高于壳幔分界值0.706，表明形成早泥盆世白云母化花岗岩的母岩浆主要为壳源的。

4 锆石U-Pb测年

在三连甫、吴坍白云母化花岗岩中各采集1件锆石U-Pb同位素测年样，编号分别为PM201-6-TW1、PM202-9-TW1，样品均采自主期侵入体，由湖北地质测试中心实验室采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年法测定。

4.1 锆石特征

三连甫白云母化含斑细粒花岗岩锆石呈浅玫瑰色、浅黄色，金刚光泽，透明状，四方双锥发育；阴极荧光图像显示，锆石具有清晰的震荡生长环带结构，相对明亮的阴极荧光(图8)。将谐和度低于90%的分析点剔除后，一组测试年龄为(401.3±4.7)Ma ，其Th/U比值0.11～1.01，另一组测试年龄为(363.5±4.7)Ma的6件样品仅一件样品(序号为7)Th/U比值为0.81，其余Th/U比值为0.03～0.30，从锆石的影像特征分析锆石属于岩浆锆石。

吴坍白云母化少斑中细粒花岗岩的锆石多呈浅玫瑰色，透明状，均具有较清晰震荡生长环带结构，且具明亮的阴极荧光(图9)。将谐和度低于90%的分析点剔除后，年龄为(395.1±2.5)Ma，其Th/U比值较高，多数大于0.4，指示锆石属于岩浆锆石。

图8 三连甫白云母化含斑细粒花岗岩(PM201-6-TW1)锆石CL影像及测试点位图Fig.8 Zircon CL image and test site map of Sanlianfu Muscovite speckle fine granite (PM201-6-TW1) in Shunchang county

图9 延平区吴坍白云母化少斑中细粒花岗岩(PM202-9-TW1)锆石CL影像及测试点位图Fig.9 Zircon CL image and test site map of Wutan Muscovite less spot fine granite (PM202-9-TW1) in Yanping area

4.2 LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年结果

三连甫白云母化含斑细粒花岗岩的测年结果中(表4)，剔除了捕获锆石(序号13，17，22)以及后期构造热事件造成铅丢失而使投点明显偏离了谐和线的样品(序号2，3，6，15，20，23，24 )。落在谐和线附近，谐和度较高的有2组年龄：其中一组锆石U-Pb龄有10个测点，年龄谐和图及加权平均年龄图显示(图10-1)白云母化含斑细粒花岗岩加权平均年龄为(401.3±4.7)Ma(N=10，MSWD=1.12)。图中分析点均投影在谐和线上，且较集中，谐和度较好，因此(401.3±4.7)Ma代表了该样品的结晶年龄，表明三连甫白云母化含斑细粒花岗岩的形成时代为早泥盆世；另一组有6个测点的锆石U-Pb年龄，年龄谐和图及加权平均年龄图显示(图10-2)其加权平均年龄为(363.5±4.7)Ma(N=10，MSWD=1.08)。图中分析点均投影在谐和线上，且集中，谐和度较好，因此(363.5±4.7)Ma代表了晚泥盆世的又一次岩浆侵入活动。

图10-1 三连甫早泥盆世花岗岩锆石U-Pb同位素年龄加权平均值图(左)及年龄谐和图(右)Fig.10-1 Age weighted mean map (left) and age harmonic graph (right) of zircon U-Pb isotope in Sanlianfu Early Devonian Granite

图10-2 三连甫早泥盆世花岗岩锆石U-Pb同位素年龄的加权平均值图(左)及年龄谐和图(右)Fig.10-2 Age weighted mean map (left) and age harmonic graph (right) of zircon U-Pb isotope in Sanlianfu Early Devonian Granite

吴坍白云母化少斑中细粒花岗岩的测年结果(表5)剔除了捕获锆石(序号16，24)及后期构造热事件造成铅丢失而使投点明显偏离了谐和线的样品(序号5，7，13，14，15，21，23 )。落在谐和线附近，谐和度较高的15个测点的锆石U-Pb谐和图及加权平均年龄图显示(图11)：白云母化少斑中细粒花岗岩加权平均年龄为(395.1±2.5)Ma(N=16，MSWD=0.65)。分析点均投影在协和线上且成群分布，因此(395.1±2.5)Ma代表了该样品的结晶年龄，表明吴坍白云母化含斑细粒花岗岩的形成时代为早泥盆世。

图11 吴坍早泥盆世花岗岩锆石U-Pb同位素年龄加权平均值(左)及年龄谐和图(右) Fig.11 Age weighted mean map (left) and age harmonic graph (right) of zircon U-Pb isotope in Wutan Early Devonian Granite

5 岩浆成因与构造环境

5.1 微量元素及特征值

研究区内早泥盆世花岗岩的Ni/Co比值平均值为1.44，远小于上地幔Ni/Co比值(9.3)，接近地壳Ni/Co比值(3.5)[5]；U/Th比值0.15～0.67(序号2为5.9)，平均值为0.37(剔除序号2异常值)，接近地壳U/Th比值范围(0.29)[5]；Rb/Sr比值为1.82～3.90(序号2为14.53)，平均值为3.10(剔除序号2异常值)，Rb/Nb比值为12.55～18.00，平均值15.35，明显高于中国东部[5]Rb/Sr和Rb/Nb值(分别为0.31，6.8)和全球上地壳平均值[6](分别为0.32，4.5)，反映研究区早泥盆世花岗岩岩浆源自成熟度较高的陆源物质； Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)为0.708 53，高于壳幔分界值0.706，表明形成早泥盆世白云母化花岗岩的母岩浆来源于壳源物质。早泥盆世花岗岩为S型花岗岩，岩浆来源于壳源物质。

5.2 形成的构造环境分析

研究区内早泥盆世花岗岩样品在lgτ-lgσ图解中(图12)，投影点落于造山带岛弧及活动大陆边缘环境区，且位于日本岛弧火山岩成分线右侧附近；在R1-R2图解中(图13)，样品投影于同碰撞-后造山阶段过渡区。表明研究区早泥盆世花岗岩形成于造山带中，为造山期后张性环境的产物。

广泛发育于政和—大埔断裂带及其以西地区的加里东期(志留纪)的花岗岩在主量元素构造环境判别图中位于同碰撞和晚造山期花岗岩区，在微量元素上Rb、Y、Nb及Yb含量位于同碰撞和火山弧花岗岩内，为后碰撞造山构造环境；在本研究区相邻的建瓯地区，在辉石原岩中获得的年龄为(443.5±1.8)Ma，也形成于俯冲碰撞的构造环境(1)福建省地质调查研究院， 福建1∶5万建瓯市、南雅、玉山、西溪幅区域地质矿产调查报告，2017。。反映了加里东期原闽东地块沿政和—大埔断裂带向华夏地块持续的俯冲碰撞造山。至早泥盆世，造山回返，构造环境发生转折，由俯冲碰撞向伸展拉张转变，壳源岩浆侵入，早泥盆世白云母化花岗岩即是这种构造体制转变过程中定位形成的。

图12 早泥盆世侵入岩里特曼—戈蒂里图解(据A.Rittmann,1973)Fig.12 Ritman-Gotiri diagram of Early Devonian intrusive rocksA—非造山带岩浆岩；B—造山带、岛弧及活动大陆边缘岩浆岩；C—A、B区所派生的碱性、偏碱性岩浆岩

图13 早泥盆世侵入岩R1-R2图解(据afterBatchelor&Bowdden,1985)Fig.13 R1-R2 diagram of Early Devonian intrusive rocks1—地幔分离；2—板块碰撞前；3—碰撞后的抬升；4—造山晚期；5—非造山；6—同碰撞期的；7—造山期后

6 结论

(1)研究区内三连甫白云母化含斑细粒花岗岩、吴坍白云母化少斑中细粒花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年年龄分别是 (401.3±4.7)Ma、(395.1±2.5)Ma，形成时代为早泥盆世。

(2)2个早泥盆世白云母化花岗岩体为亚碱性系列，高钾钙碱性过铝质花岗岩，岩浆物质来源于壳源物质，具S型花岗岩特征。

(3)加里东期原闽东地块沿政和—大埔断裂带向华夏地块持续俯冲碰撞造山，至早泥盆世，构造环境发生转折，由俯冲碰撞向伸展拉张转变，致使早泥盆世白云母化花岗岩定位形成。

本文是在福建1∶5万大历口、安丰桥、顺昌县幅区域地质调查工作的基础上编写而成的，系集体工作成果。感谢在编写过程中张文瑞高级工程师提出宝贵的意见和建议。